電子系統(tǒng)可靠性是影響武器裝備作戰(zhàn)能力的重要因素,熱是影響電子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素之一?在我國電子產(chǎn)品國產(chǎn)化和自主可控對可靠性復合型人才的迫切需求背景下,加強培養(yǎng)學生可靠性實踐與創(chuàng)新能力,是高校的可靠性工程實踐教學面臨的新要求?
電子系統(tǒng)熱設(shè)計熱分析實驗是一門與可靠性工程關(guān)系密切?實踐性較強的基礎(chǔ)實驗課程?其在可靠性專業(yè)課程中占有重要的地位,是培養(yǎng)學生運用理論知識解決電子設(shè)備熱問題的能力?動手操作能力及電子產(chǎn)品可靠性實踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)?
隨著高校改革和優(yōu)勢學科建設(shè),可靠性專業(yè)本科畢業(yè)生的平均升學率(讀研的比例)較高,本研兩個階段的實驗教學內(nèi)容雖然能滿足教學任務(wù),但沒有很好地實現(xiàn)統(tǒng)籌設(shè)計和優(yōu)化?此外,隨著新技術(shù)?新材料等技術(shù)發(fā)展,原有的熱設(shè)計熱分析實驗教學手段?實驗內(nèi)容不適應現(xiàn)代可靠性的發(fā)展需求,暴露出一些問題,亟待改革?
一?熱設(shè)計熱分析實驗教學問題分析
(一) 教學內(nèi)容相對陳舊
目前該實驗包括電子系統(tǒng)性能測試?可靠性熱設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計?熱仿真分析?熱性能測量等內(nèi)容?采用軟件進行熱優(yōu)化設(shè)計及熱仿真分析,采用實驗硬件平臺進行電子系統(tǒng)性能及熱測量?實驗對象仍然是10年前電子產(chǎn)品,不能緊跟近年工程中環(huán)境復雜多樣帶來的變化?另外,本研一體化培養(yǎng)是當今高校工科教育改革的最新動向,由于本科與研究生階段教學內(nèi)容沒有進行優(yōu)化,實驗內(nèi)容有部分重復,不利于學生本研一體化及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?
(二) 教學模式傳統(tǒng)單一
實驗教學采用“學生實驗預習+實驗前教師集中講解+分小組試驗操作+撰寫實驗報告”方式?這種傳統(tǒng)教學模式相對單一,學生按部就班完成實驗,容易導致學生思維狹窄僵化,在很大程度上抑制了學生對實驗課程的主觀能動性,不利于學科交叉與跨學科復合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)?此外,提前預習以及課后實驗報告等環(huán)節(jié)也不容易落到實處?
(三) 考核方式不合理
現(xiàn)有的實驗考核成績由預習報告?實驗操作?實驗報告綜合得出,各占比三分之一?由于實驗操作過程以小組方式進行,每組學生的實驗數(shù)據(jù)相同,學生課后所提交的實驗報告相似率極高,存在抄襲現(xiàn)象,導致教學考核效果差,達不到實驗教學的目的?
二?實驗本研一體化多層次教學改革探索
電子系統(tǒng)熱設(shè)計熱分析實驗屬于專業(yè)基礎(chǔ)性實驗,必須以學生為中心,加強學生獨立發(fā)現(xiàn)問題?分析問題和解決問題能力的培養(yǎng),設(shè)計循序漸進的教學內(nèi)容以及多層次的教學模式,讓學生主動投入到實驗教學中去,實現(xiàn)本科階段實驗項目和研究生階段實驗項目的進階性和銜接性?將本研一體化循序漸進的教學同本科生與研究生實踐能力的培養(yǎng)結(jié)合起來,實現(xiàn)實驗教學在不同階段的培養(yǎng)目標?
(一) 優(yōu)化實驗教學內(nèi)容
將實驗項目設(shè)置為基礎(chǔ)?拓展和延伸創(chuàng)新三個層次,其中,基礎(chǔ)?拓展層次實驗突出對學生工程能力的培養(yǎng);創(chuàng)新層次實驗具有一定的探究性,以解決實際問題為出發(fā)點,突出對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),三個層次整合打通本研兩個階段?
實驗教學原有的熱設(shè)計實驗模塊包括:
(1) 初選散熱器,電源系統(tǒng)電路設(shè)計及性能測試?降額設(shè)計;
(2) 優(yōu)化散熱器,電源系統(tǒng)電路設(shè)計及性能測試?降額設(shè)計;
(3) 采用Qfin軟件對散熱器進行熱設(shè)計熱分析?散熱器優(yōu)化設(shè)計以及評估;
熱分析模塊包括:
(1) 電子產(chǎn)品熱設(shè)計及性能測試;
(2) 獲取熱源功耗,建立熱仿真模型,進行熱分析;
(3) 電子產(chǎn)品熱測量及熱分析誤差來源分析?
在原有實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上,在電子系統(tǒng)熱設(shè)計實驗模塊中增加散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計及熱分析拓展內(nèi)容,優(yōu)化電子系統(tǒng)熱分析實驗模塊?此外,結(jié)合電子產(chǎn)品熱設(shè)計發(fā)展,針對電子產(chǎn)品使用環(huán)境,對電源系統(tǒng)熱設(shè)計實驗新增熱環(huán)境下的電子材料力學性能測試等延伸內(nèi)容,如圖1所示,新增電子系統(tǒng)熱分析實驗模塊中信號對熱的影響分析實驗內(nèi)容,如圖2所示,進一步分析熱參數(shù)計算過程中電源波動?信號變化的影響,觀察信號在熱過程中的變化?
在本科階段,為加強學生的創(chuàng)新意識,以小組合作形式完成原有實驗模塊內(nèi)容及拓展內(nèi)容,使學生理解電子系統(tǒng)熱設(shè)計熱分析基本原理,熟練掌握熱設(shè)計熱分析流程和熱評估手段,訓練學生綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)實驗技能的能力?研究生階段注重對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),學生根據(jù)學業(yè)規(guī)劃決定是否可提前做完延伸性實驗,以便在研究生階段免修該實驗,為本研一體化培養(yǎng)提供制度性保障?這樣從內(nèi)容上細化了本研一體教學內(nèi)容,提出了不同層次的實驗目標?
(二) 四位一體多層次實驗教學模式
提出“微課預習+集中教學+專業(yè)實驗+自主探究實驗”四位一體實驗教學模式,提高實驗實踐教學效果?
1. 以微課促進有效預習?根據(jù)實驗內(nèi)容,在集中授課之前將實驗相關(guān)專題及儀器操作等微課通過網(wǎng)絡(luò)提供給學生,學生利用微課自主完成新知識的學習,并完成實驗預習報告?這樣在集中教學時可減少一些內(nèi)容講解,集中精力解決學生預習中的問題?
2. 基于啟發(fā)式的集中教學?根據(jù)實驗預習有針對性地集中講解,對熱相關(guān)知識?環(huán)境溫度對產(chǎn)品可靠性的影響?實驗中的硬件和軟件平臺等實驗中可能遇到技術(shù)要點問題進行啟發(fā)和討論,使學生熟悉該門實驗應完成的核心內(nèi)容?
3.團隊合作完成專業(yè)實驗?指導學生利用實驗硬件平臺及熱設(shè)計熱分析軟件,以團隊合作方式進行實驗,使學生掌握評估熱設(shè)計的手段,學會利用現(xiàn)代化熱分析軟件及熱測量手段,理解改進電子設(shè)備熱設(shè)計的方法,具備使用實驗工具分析問題和解決問題的能力?
4.探究性自主實驗?增設(shè)探究性自主實驗環(huán)節(jié),學生依據(jù)熱設(shè)計?熱分析所學內(nèi)容,針對工程實際需求和問題,自主搜集資料,制定散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,分析熱環(huán)境及信號波動對熱的影響,在教師引導下,提出相應處理措施,切身感受到不同參數(shù)?不同方法?不同工藝對熱的影響?
(三)完善考核方式
在考核方式上,首先,根據(jù)每位同學提交的預習實驗報告,檢查其對實驗的理解程度,給出分值;其次,加強實驗過程中對每組同學的監(jiān)督,盡量掌握每個學生的實踐動手情況,及時記錄操作成績;再次,根據(jù)實驗報告書寫及完成情況進行計分;最后,對于探究性自主實驗,實驗完成后安排參加的學生答辯,答辯成績計入實驗總成績?
細化實驗成績評定比例,改革后的實驗成績包括實驗預習?實驗操作?實驗報告及實驗答辯(針對選做探究性自主實驗的同學)等幾個方面進行評定?實驗操作(實驗答辯)所占比重為50%左右?預習報告和實驗報告占比約50%,杜絕個別同學不認真做實驗,抄襲作業(yè),卻還能獲得高分的可能,同時鼓勵同學在實驗環(huán)節(jié)發(fā)揮自己的能動性和創(chuàng)新性?
三?教學改革初步成效
經(jīng)過初步實施,學生對電子系統(tǒng)熱設(shè)計和熱分析實驗的學習熱情和實際操作能力均有很大的提升?經(jīng)學生反饋,本研一體化實驗課教學改革的實驗教學內(nèi)容,在知識廣度?層次性及創(chuàng)新性上有較大提高,實驗課教學質(zhì)量也有了顯著改進?大部分學生能夠接受這種實驗教學模式,并表現(xiàn)出濃厚的興趣?
四?結(jié)語
通過教學內(nèi)容?教學模式及考核方式三個方面的教學改革探索,學生對電子系統(tǒng)熱設(shè)計?熱分析和熱評估流程有了一個更加清晰的認識,提高了學習的積極性和主動性,為后續(xù)的學習打下了良好的基礎(chǔ)?
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